形状测定装置及形状测定方法制造方法及图纸

以切实地抑制不适合的数据对测定结果造成影响为目的，形状测定装置包含：投影部，将具有共通的重复构造、且相位不同的图案依次投影至测定对象物上；摄像部，在每次将所述图案的各个投影至所述测定对象物时以不同的曝光量拍摄所述测定对象物并取得多个图像数据组；选出部，在所述测定对象物的各区域从所述多个图像数据组之中选出所述摄像部的输入输出特性成为线性的组内的全部数据在有效亮度范围内的数据组作为适当数据组；及形状算出部，根据所述选出的适当数据组对每个所述区域求出形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用移相法的图案投影型的。
技术介绍
作为以非接触方式对测定对象物的面形状(三维形状)进行测定的方法，已知有一种借助移相法的图案投影型的三维形状测定装置。在该三维形状测定装置中，将具有正弦波状的强度分布的条纹图案投影至测定对象物上，一边使该条纹图案的相位以固定间距变化，一边反复拍摄测定对象物，由此通过将所获得的多张图像(亮度变化数据)代入至特定的运算式，求出根据测定对象物的面形状变形的条纹的相位分布(相位图像)，将该相位图像展开(相位连接)后，换算成测定对象物的高度分布(高度图像)。 另外，专利文献I中所揭示的三维形状测定装置中为了防止饱和像素所导致的测定误差，在投影光量不同的两种拍摄条件下取得亮度变化数据，逐像素评估两种亮度变化数据的对比值，将对比值低的亮度变化数据从运算对象中去掉。
技术介绍
文献专利文献专利文献I :日本专利特开平2005-214653号公报
技术实现思路
然而，已明了的是，即便在对比值高的亮度变化数据之中，也会有可能混有不适合相位分布(相位图像)的运算的不适合的亮度变化数据。因此，本专利技术的目的在于提供一种可切实地抑制不适合的亮度数据对测定结果带来影响的。本专利技术的形状测定装置的一形态包含投影部，将具有共通的重复构造、且相位不同的多种图案投影至测定对象物上；摄像部，在每次将所述多种图案的各个投影至所述测定对象物时拍摄所述测定对象物并取得图像数据组；选出部，从所取得的所述图像数据组之中选出有关所述测定对象物上的同一区域、且组内的全部数据在有效亮度范围内的数据组作为适当数据组；及形状算出部，根据所选出的所述适当数据组，求出在所述测定对象物中成为所述适当数据的取得来源的区域的形状。本专利技术的形状测定方法包含投影次序，将具有共通的重复构造、且相位不同的多种图案依次投影至测定对象物上；拍摄次序，在每次将所述多种图案的各个投影至所述测定对象物时拍摄所述测定对象物并取得图像数据组；选出次序，选出有关所述测定对象物上的同一区域、且将组内的全部数据在有效亮度范围内的数据组作为适当数据组；及形状算出次序，根据所选出的所述适当数据组，求出在所述测定对象物中成为所述适当数据的取得来源的区域的形状。根据本专利技术，实现可切实地抑制不适合的亮度数据对测定结果带来影响的。附图说明图I是三维形状测定装置的立体图。图2是三维形状测定装置的整体构成图。图3是关于测定的CPU15 (及控制部101)的动作流程图。图4是关于解析的CPU15的动作流程图。图5是对第I实施方式的解析的流程进行说明的图。图6是对有效売度范围进行说明的图。图7是展开后的相位图像Ψ,的例子。 图8是高度分布Zk的例子。图9是关于第2实施方式的解析的CPU15的动作流程图。图10是对第2实施方式的解析的流程进行说明的图。图11是表示快门速度和亮度值的关系的特性曲线。图12是以对数刻度表示图11的横轴(快门速度)的图。11测定对象物12平台13投影部14摄像部21光源装置101控制部100计算机具体实施例方式以下，将三维形状测定装置作为本专利技术的第I实施方式而进行说明。图I是表示本实施方式的三维形状测定装置的机械构成的立体图。如图I所示，三维形状测定装置包含载置工业产品或零件等测定对象物11的平台12、和彼此固定的投影部13及摄像部14。在投影部13的光轴和摄像部14的光轴之间设有角度，两者的光轴在平台12的基准面上交叉。其中摄像部14的光轴相对于平台12的基准面垂直。此外，也可以使投影部13的光轴垂直来代替使摄像部14的光轴垂直，但于此假设摄像部14的光轴垂直。平台12包含Θ平台12 Θ，使测定对象物11绕和摄像部14的光轴平行的轴旋转；X平台12X，使测定对象物11朝向和摄像部14的光轴垂直的特定方向(X方向)移位 '及Y平台12Y，使测定对象物11朝向相对于Θ平台12Θ的旋转轴和X方向双方垂直的特定方向(Y方向)移位。投影部13是从相对于摄像部14的光轴倾斜的方向对平台12上的一部分区域(照明区域)照明的光学系统，且依次配置照明元件22、图案形成部23、投影光学系统24。此外，本实施方式的测定对象物11的尺寸假设为小到测定对象物11的整体在投影部13的照明区域内的程度。投影部13的图案形成部23是透射率分布可变的面板(液晶显示元件等)，通过对该面板显示条纹式样图案(正弦晶格图案)，将从投影部13朝向照明区域的照明光束的剖面强度分布设为正弦波状。显示在图案形成部23的正弦晶格图案的晶格状的明暗的重复方向相对于投影部13的光轴和摄像部14的光轴双方所存在的面垂直。另外，位于图案形成部23的显示面上的中央附近的基准点相对于摄像部14的光轴和投影部13的光轴交叉点而光学共轭，由此正弦晶格图案的投影目标设定在配置于平台12的照明区域内的测定对象物11的表面(以下称为“被检测面”)。此外，只要可以向被检测面上投影正弦晶格图案即可，图案形成部23的基准点和平台12的基准点也可以不成为完全的共轭关系。摄像部14依次配置有成像光学系统25，为检测平台12上的照明区域 的像(亮度分布)的光学系统，将在该照明区域所产生的反射光成像；及摄像元件26，拍摄成像光学系统25所成像的像而取得图像。位于摄像元件26的拍摄面上的中央附近的基准点相对于摄像部14的光轴和投影部13的光轴的交叉点而光学共轭，摄像元件26在平台12上可以取得配置在投影部13的照明区域内的测定对象物11的图像(被检测面的图像)。此外，只要能以充分的对比度取得被检测面的图像，摄像部14的光轴和投影部13的光轴的交叉点、与摄像元件26的基准点也可以不成为完全的共轭关系。于此，投影部13的光源(图2的符号21)接通，如果在该状态下驱动摄像元件26，则可以取得正弦晶格图案所投影的被检测面的图像(=包含被检测面的面形状信息的图像)。以下，将该图像称为“条纹图像”。另外，如果正弦晶格图案的周期不变而一边使正弦晶格图案的相位移位一边重复取得条纹图像，则用来使则被检测面的面形状数据D已知的信息齐全。此外，被检测面包含反射率高的材质、例如金属，有时包含倾斜角度不同的各种部分。在此情况下，当从摄像部14的一侧观察被检测面时，在该被检测面混合存在极其亮的部分和极其暗的部分。极其亮的部分是具有将从投影部13的一侧入射的照明光的大部分(主要是正反射光)朝向摄像部14的方向反射那样的倾斜角度的部分，极其暗的部分是具有将从投影部13的一侧照射的照明光的大部分(主要是正反射光)朝与摄像部14偏离的方向反射那样的倾斜角度的部分。图2是三维形状测定装置的整体构成图。在图2中，对和图I所示的要素相同的要素标注相同符号。如图2所示，在投影部13连结着作为投影部13的光源的主光源21。该主光源21用于图案投影型的面形状测定，因此可以应用例如、LED(Light Emitting Diode,发光二极管)、齒素灯、金属齒化物灯、激光光源等一般光源。从主光源21射出的光经过光纤21’导入至照明元件22。此外，于此表示使用光纤21’的例子，也可以不使用光纤而将LED等小型光源配置在图I的符号22所示的位置。该主光源21、投影部13的图案形成部23、摄像部14的摄像元件26分别连接在计算机100的控制部101。控制部101控制将主光源21本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木洋，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：
国别省市：